淺談車載SerDes芯片的線纜檢測功能
隨著汽車電動化和智能化時代的到來,車載攝像頭和顯示屏的數(shù)量越來越多。作為車載高清視頻傳輸?shù)闹髁鞣桨?,車載SerDes通過同軸線纜或差分線纜,在車內(nèi)幾米至十幾米的距離內(nèi),傳輸每秒Gbit量級的數(shù)據(jù),因此車載SerDes使用的線纜往往質(zhì)量要求較高,布設(shè)方式更為嚴苛,旨在盡可能減少線纜上信號的衰減并降低故障率。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/202407/461244.htm說到線纜故障,對于傳輸?shù)皖l信號而言,其故障往往是信號線與其它線路短路或者發(fā)生斷路。但對于車載SerDes線纜,建立物理連接形成電流通路只是基本前提,為保證傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠,高頻信號傳輸特性決定了傳輸線纜阻抗連續(xù)且接頭連接緊密,所以車載SerDes線纜的故障表現(xiàn)更復(fù)雜,例如,連接器接頭氧化導(dǎo)致接觸電阻變大;布線時彎折角度過大或絕緣層損壞導(dǎo)致局部線纜阻抗突變;以及線纜本身制作工藝控制不嚴格導(dǎo)致的阻抗不連續(xù)等,都會導(dǎo)致SerDes信號衰減,其載SerDes常用同軸線纜為例,原則上要求特征阻抗為載SerDes常用同軸線纜為例,原則上要求特征阻抗為50Ω土10% (或者50Ω土5Ω),一旦線纜特征阻抗超出此范園,都可視為發(fā)生故障。
雖然車載SerDes對信號衰減存在容忍度,特征阻抗即使超出上述要求,視頻未必看出異常,卻會成為風(fēng)險點。當(dāng)疊加其它負面影響,例如EMC干擾信號影響或高低溫導(dǎo)致元器件性能下降,就有可能導(dǎo)致偶發(fā)性的視頻異常;此外肉眼觀察并不能分辨像素級的偶發(fā)錯誤,然而對于智駕應(yīng)用必定難以接受。
工程技術(shù)人員解決線纜故障問題的方法無非更換根線纜,看似簡單,但存在隱患。首先,故障現(xiàn)象在某一路攝像頭畫面不顯示時,難以直接判斷,故障出在線材還是設(shè)備?為此就得先拆設(shè)備交叉測試。如排除設(shè)備問題,確定是線材問題,還要具體確定是哪段線?畢竟車載主機到攝像頭連線往往由多段線纜級聯(lián),不宜全換。即便換完后開機畫面正常,看似解決而余量多大未知,更難避免小概率問題重現(xiàn),排查線纜故障問題耗費人力和時間成本。
解決車載SerDes線纜故障過程包含三個層面的分析:第一、明確故障是線材還是設(shè)備;第二、快速準確定位線材故障點;第三、預(yù)判風(fēng)險。由此評估線纜檢測方案優(yōu)劣。
縱觀當(dāng)今市場上主流車載SerDes方案,GMSL/FPD-LINK依靠外加電阻并結(jié)合芯片內(nèi)部電壓/電流檢測電路,通過讀取相關(guān)寄存器可判斷同軸電纜芯線是否存在對地短路、對電源短路、斷路,且如果使用POC供電只能檢測是否對地短路(圖1是不帶有POC功能的GMSL檢測原理,圖2是帶有POC功能的GMSL檢測原理,圖片均來自其官網(wǎng))。ASA標準中沒有介紹檢測原理,但也有相關(guān)寄存器描述,可檢測線纜是否存在斷路、線間短路、對電源短路; APHY標準中沒有涉及線纜故障問題的處理。因此,上述方 案對完成前文提到三個分析只能提供有限信息,通常并不能讓問題的解決過程簡化。
圖1
圖2
圖片來源:https://www.analog.com/en/resources/design-notes/how-to-use-gmsl-linefault- . detection-for-power-over-coax.html
新近發(fā)布的“國產(chǎn)”HSMT標準可提供很好的線纜故障檢測方案令人振奮。HSMT除要求能檢測線纜開路、短路,還要求能定位故障位置,誤差1米以下,性能指標易于聯(lián)想到車載以太網(wǎng)。車載以太網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)標準文檔中,就提到采用基于TDR故障檢測技術(shù),并因成熟可靠得到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,已有廠商推出手持式檢測儀,支持通過TDR的檢測方式評估線纜質(zhì)量。
以天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體為代表的芯片廠商,已量產(chǎn)支持HSMT標準的車載SerDes芯片組,其中集成TDR檢測電路(如圖3所示),SerDes發(fā)送特定幅值激勵信號,通過測量反射信號的幅值及時延,可判斷鏈路上是否存在發(fā)生阻抗突變的故障點。這樣不僅可以檢測到信號線對地短路、對電源短路、信號線斷路、線纜接觸不良等故障,而且可以測量故障點到信號源的距離。無需額外增加檢測設(shè)備尤為重要,甚至可以不拆解線纜和相關(guān)零件,使問題的排查和定位變得非常簡單。
圖3
通過下面的表格對比HSMT和GMSL方案線纜故障檢測的功能差異( APHY標準未涉及線纜故障檢測,ASA尚未有量產(chǎn)型號推出,未列入對比)。
進而車載SerDes中集成TDR檢測電路,還可用于線纜的品質(zhì)檢驗。畢竟,車載SerDes線纜供應(yīng)商出貨時,不會逐條線纜都做阻抗-致性的檢測。 車輛組裝完成后,可以“順便”測-下線纜是否存在風(fēng)險。
總之,車載SerDes芯片中集成基于TDR的線纜故障檢測功能,對于車廠而言,無論是作為售后的維修的排查手段,還是作為出貨時的一種質(zhì)量管控手段,都具有很好的實用價值。
(本文來源于《EEPW》202407)
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